一种机器人的摄像头标定方法技术

本发明专利技术公开了一种机器人的摄像头标定方法，本申请所述的机器人在进行摄像头的内外参标定时，先通过标定治具的标定板的图像对摄像头的内参进行优化，提高摄像头的准确率；然后再通过根据同一标定治具的标定板的图像获取的摄像头相对于每块标定板的位姿和预先获取的标定治具的标定板相对于标定治具的中心点的位姿，来标定摄像头的外参，使机器人可以通过同一标定治具在一次摄像头标定操作中，完成摄像头的内参和外参的标定，缩短标定摄像头的内参和外参的时间，提高机器人的量产效率，而且还不需要移动标定治具和机器人，实用性较高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人的摄像头标定方法


[0001]本专利技术涉及摄像头
，具体涉及一种机器人的摄像头标定方法。

技术介绍

[0002]在计算机视觉和图形学领域，对于安防监控、互动体感游戏、自动驾驶、环境3D建模等应用场景，都需要对摄像头进行外参标定，从而实现真实物理空间与摄像头视野的位置关系映射。例如对于机器人来说，摄像头是机器人获取外部信息的重要设备，机器人为了获得基于自身坐标系的外部信息的准确位置，就需要对摄像头进行内外参标定。目前，针对机器人的摄像头的内外参进行校准时，需要更换不同的标定治具来对摄像头内参和外参分开标定，降低了标定机器人的摄像头的外参和内参的速度。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题，本专利技术提供了一种机器人的摄像头标定方法。本专利技术的具体技术方案如下：
[0004]一种机器人的摄像头标定方法，该方法包括以下步骤：S1：机器人通过摄像头获取标定治具的标定板的图像，然后从标定板的图像中识别出标定点；S2：机器人根据标定板上的标定点在标定板上的位置和图像中的标定点在图像上的位置，来标定摄像头的内参和获取摄像头相对于每块标定板的位姿；S3：机器人通过标定治具的标定板相对于标定治具的中心点的位姿和摄像头相对于每块标定板的位姿，来标定摄像头的外参。
[0005]进一步地，步骤S1中，机器人通过摄像头获取具有若干个标定板的图像，包括以下步骤：机器人移动到由若干个标定板构成的标定治具中，然后使机器人的中心点与标定治具的中心点重合；机器人使摄像头竖直向上，然后通过摄像头获取具有标定治具所有标定板的图像。
[0006]进一步地，步骤S1中，机器人从标定板的图像中识别出标定点，包括以下步骤：机器人检测标定板的图像中四边形的黑色区域；机器人按顺时针方向连接检测到的四边形的黑色区域；机器人获取四边形的黑色区域的内四边形；机器人通过角点检测将内四边形的四个端点作为标定板的标定点；其中，所述标定板为棋盘格标定板，所述内四边形的四条边分别与四边形的黑色区域相连。
[0007]进一步地，步骤S2中，机器人根据标定板上的标定点在标定板上的位置和图像中的标定点在图像上的位置，来标定摄像头的内参和获取摄像头相对于每块标定板的位姿，包括以下步骤：机器人获取标定点在标定板的物理坐标系上的物理坐标和图像中的标定点在图像上的像素坐标；机器人根据每块标定板相对于机器人中心点的初始位姿和摄像头的初始内参，将该标定板上的标定点投影到标定板的图像中得到标定板的标定点的投影坐标；机器人根据欧氏距离公式计算标定板的标定点的投影坐标和与该标定点相对应的图像中的标定点的像素坐标之间的欧氏距离；机器人根据获取的欧氏距离通过高斯牛顿法的迭代公式来对摄像头的内参进行优化，得到最佳的摄像头内参和摄像头相对于每块标定板的
位姿。
[0008]进一步地，机器人在通过高斯牛顿法的迭代公式来对摄像头的内参进行优化时，在计算过程中获取到最小的欧氏距离时，将最小的欧氏距离对应的每块标定板与机器人中心点的位姿和摄像头的内参，作为最佳的摄像头内参和摄像头相对于每块标定板的位姿。
[0009]进一步地，机器人获取标定板相对于机器人中心点的初始位姿，包括以下步骤：机器人过标定板的左上角的角点做垂直于标定板的垂线；机器人将垂直于标定板的垂线与机器人的前进方向之间的夹角作为标定板与机器人的夹角；机器人获取机器人的中心点与标定板的左上角的角点之间的距离；机器人根据标定板与机器人的夹角和机器人的中心点与标定板的左上角的角点之间的距离，组合得到标定板相对于机器人中心点的初始位姿。
[0010]进一步地，机器人获取标定点在标定板的物理坐标系上的物理坐标，包括以下步骤：机器人以每块标定板的左上角的角点为原点，标定板连接左上角的角点的两条边分别为X轴和Y轴，构建物理坐标系；机器人根据标定点在标定板上的位置，获取标定点在物理坐标系上的坐标。
[0011]进一步地，步骤S3中，机器人通过标定治具的标定板相对于标定治具的中心点的位姿和摄像头相对于每块标定板的位姿，来标定摄像头的外参，包括以下步骤：机器人获取标定治具的标定板相对于标定治具的中心点的位姿的旋转矩阵；机器人获取摄像头相对于其中一块标定板的位姿的旋转矩阵；机器人对标定治具的标定板相对于标定治具的中心点的位姿的旋转矩阵和摄像头相对于其中一块标定板的位姿的旋转矩阵根据欧拉公式进行转换，得到摄像头的外参矩阵。
[0012]进一步地，机器人在进行摄像头标定前，先获取标定治具的标定板相对于标定治具的中心点的位姿，包括以下步骤：机器人使标定板在摄像头的拍摄范围内，然后移动到不同的预设位置来获取若干张标定板的图像，并获取移动时的IMU数据；机器人从获取的标定板的图像中识别出标定点，然后根据识别出的标定点，采用非线性优化算法计算出在不同的预设位置摄像头相对于标定板的位姿；机器人根据IMU数据和在不同的预设位置摄像头相对于标定板的位姿，采用非线性优化算法计算出摄像头相对于机器人的中心点的位姿；机器人移动到由若干个标定板构成的标定治具中，然后将当前机器人的中心点所处的位置设置为标定治具的中心点；机器人使摄像头竖直向上，然后通过摄像头获取具有标定治具所有标定板的图像，并从标定板的图像中识别出标定点；机器人根据标定板上的标定点在标定板上的位置和图像中的标定点在图像上的位置，来获取摄像头相对于每块标定板的位姿；机器人根据摄像头相对于每块标定板的位姿和摄像头相对于机器人的中心点的位姿，采用矩阵变换的方式获取标定治具的标定板相对于标定治具的中心点的位姿。
[0013]与现有的技术相比，本申请的有益之处在于：本申请所述的机器人在进行摄像头的内外参标定时，先通过标定治具的标定板的图像对摄像头的内参进行优化，提高摄像头的准确率；然后再通过根据同一标定治具的标定板的图像获取的摄像头相对于每块标定板的位姿和预先获取的标定治具的标定板相对于标定治具的中心点的位姿，来标定摄像头的外参，使机器人可以通过同一标定治具在一次摄像头标定操作中，完成摄像头的内参和外参的标定，缩短标定摄像头的内参和外参的时间，提高机器人的量产效率，而且还不需要移动标定治具和机器人，实用性较高。
附图说明
[0014]图1为本专利技术一种实施例中机器人的摄像头标定方法的流程示意图。
具体实施方式
[0015]下面详细描述本专利技术的实施例，所述的实施例示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
[0016]下面结合说明书的附图，通过对本专利技术的具体实施方式作进一步的描述，使本专利技术的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0017]如图1所示，一种机器人的摄像头标定方法，该方法包括以下步骤：
[0018]S1：机器人通过摄像头获取标定治具的标定板的图像，然后从标定板的图像中识别出标定点。标定治具由若干块标定板构成，标定板的数量和尺寸根据机器人的需求来调整，不对标定板的数量和尺寸进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人的摄像头标定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：机器人通过摄像头获取标定治具的标定板的图像，然后从标定板的图像中识别出标定点；S2：机器人根据标定板上的标定点在标定板上的位置和图像中的标定点在图像上的位置，来标定摄像头的内参和获取摄像头相对于每块标定板的位姿；S3：机器人通过标定治具的标定板相对于标定治具的中心点的位姿和摄像头相对于每块标定板的位姿，来标定摄像头的外参。2.根据权利要求1所述的一种机器人的摄像头标定方法，其特征在于，步骤S1中，机器人通过摄像头获取具有若干个标定板的图像，包括以下步骤：机器人移动到由若干个标定板构成的标定治具中，然后使机器人的中心点与标定治具的中心点重合；机器人使摄像头竖直向上，然后通过摄像头获取具有标定治具所有标定板的图像。3.根据权利要求2所述的一种机器人的摄像头标定方法，其特征在于，步骤S1中，机器人从标定板的图像中识别出标定点，包括以下步骤：机器人检测标定板的图像中四边形的黑色区域；机器人按顺时针方向连接检测到的四边形的黑色区域；机器人获取四边形的黑色区域的内四边形；机器人通过角点检测将内四边形的四个端点作为标定板的标定点；其中，所述标定板为棋盘格标定板，所述内四边形的四条边分别与四边形的黑色区域相连。4.根据权利要求3所述的一种机器人的摄像头标定方法，其特征在于，步骤S2中，机器人根据标定板上的标定点在标定板上的位置和图像中的标定点在图像上的位置，来标定摄像头的内参和获取摄像头相对于每块标定板的位姿，包括以下步骤：机器人获取标定点在标定板的物理坐标系上的物理坐标和图像中的标定点在图像上的像素坐标；机器人根据每块标定板相对于机器人中心点的初始位姿和摄像头的初始内参，将该标定板上的标定点投影到标定板的图像中得到标定板的标定点的投影坐标；机器人根据欧氏距离公式计算标定板的标定点的投影坐标和与该标定点相对应的图像中的标定点的像素坐标之间的欧氏距离；机器人根据获取的欧氏距离通过高斯牛顿法的迭代公式来对摄像头的内参进行优化，得到最佳的摄像头内参和摄像头相对于每块标定板的位姿。5.根据权利要求4所述的一种机器人的摄像头标定方法，其特征在于，机器人在通过高斯牛顿法的迭代公式来对摄像头的内参进行优化时，在计算过程中获取到最小的欧氏距离时，将最小的欧氏距离对应的每块标定板与机器人中心点的位姿和摄像头的内参，作为最佳的摄像头内参和摄像头相对于每块标定板的位姿。6.根据权利要求4所述的一种机器人的摄像头标定方法，其特征在于，机器人获取标定板相对于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖钦伟，
申请(专利权)人：珠海一微半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：